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  • 解析数学模型(第五版)

    摘要

    就记录了少部分题解,主要是太懒了(下次补坑可能就到明年建模了吧哈哈)

    文章中一律以 BD 代替 Brief Description(题目简述),SAT 代替 Solve and Thinking(解法和思路)

    初等模型

    一、双层玻璃窗的功效

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    BD:单层玻璃窗和双层玻璃窗的热量传导进行对比,双层玻璃窗能减少多少热量损失?

    SAT:简单的热传导模型,不考虑热对流和热辐射,在室内外温度恒定的假设下,用傅里叶热传导定律 (Q=kfrac{varDelta T}{d}),玻璃和空气厚度的比例 (h=frac{l}{d}),再对两者进行对比 (frac{Q_1}{Q_2}),最后列一张比例图
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    二、划艇比赛的成绩

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    BD:探究划艇比赛成绩和桨手数量的关系

    SAT:(物理老师见了要吐血的假设和模型) ,首先有两个假设:(frac{l}{b})(frac{w_0}{n}) 设为常数,因为它们的变化不大。那么 (frac{l}{b}) 不变可以得出艇的形状是一样的,推出 (spropto A^{frac{2}{3}})【艇浸没面积 (s) 和艇排水体积 (A) 成正比;(frac{w_0}{n}) 不变得出 (w_0propto n)【艇重 (w_0) 和桨手数 (n) 成正比】,又由于 (w'=w_0+nw)【总质量等于艇重加桨手数的总质量】,推出 (w'propto n)【艇重 (w_0) 和 桨手数量 (n) 成正比】

    SAT2:众所周知,空气阻力的公式 (F=frac{1}{2}C ho SV^2)(C) 为空气阻力系数,即常数;( ho) 是空气密度,一般情况也取常数;(S) 为物体迎风面积;(V) 为物体与空气的相对运动速度】,那么根据空气阻力的公式,可以类似的推导出艇的阻力公式 (fpropto sv^2)(f) 是艇与水的摩擦阻力;(s) 是艇浸没面积;(v^2) 是划艇速度的平方】

    SAT3:假设所有桨手的体重相同,划艇的速度是匀速的,那么根据功率公式 (P=FV),推导出 (nppropto fv)(np) 是所有桨手的总功率;(f) 是艇与水的摩擦阻力;(v) 是划艇速度】,而 (ppropto w) 可以解释为:桨手的功率 (p) 与肌肉体积、肺的提及成正比,对于身材均匀的运动员,肌肉、肺的体积与体重 (w) 成正比

    STA4:比赛时间 (t) 与速度 (v) 成反比,把上述所有公式进行整合可得到 (tpropto n^{-frac{1}{9}}),即划艇比赛成绩和桨手数量的关系模型

    三、实物交换

    BD:甲只有一定量的物品 X,乙只有一定量的物品 Y,所以他们之间想进行交换,用作图的方法对双方交换实物建立一个模型

    STA:无差别曲线用于描述甲或乙对物品X和Y的偏爱程度(但下图为的),甲有无数条无差别曲线(乙也一样),越靠近右上角,代表甲的满意程度越高。针对每一条无差别曲线,甲都是可以接受的,只是满意程度的不同罢了,每条曲线上面的点代表甲最终获得的物品X和Y的数量
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    STA2:而对于乙来说,假设他的无差别曲线的源点是 (O'),相当于把甲的无差别曲线逆转180°,然后把他们合并在一起(如下图)。越靠近 (O')点,甲越满足,乙越不满足,而越靠近 (O)点,情况正好相反,所以找到一条符合两者满足程度的曲线 (AB)【验证:假设交换在 (AB) 以外的某一点 (p') 进行,若通过 (p') 的甲的无差别曲线与AB的交点为 (p),甲对 (p)(p') 的满意度相同,而乙对 (p) 的满意度高于 (p'),所以双方满意的交换不可能在 (p') 进行】
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    STA3:等价交换原则,即双方在两种物品交换前后,拥有的价值都相同。假设交换前甲占有的物品 X 和乙占有的物品 Y 具有相同的价值,那么只要在 x 轴和 y 轴(原物品的数量)间连一条线(如下图),那么这条线上所以的点都满足等价交换原则
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    STA4:至于为何无差别曲线会向源点下凸,是因为物以稀为贵。当人们占有的 (x) 较小时,他们宁愿以较多的 (varDelta y) 换较少的 (varDelta x)

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    四、汽车刹车距离与道路通行能力

    BD:介绍交通流的主要参数及基本规律、汽车刹车距离模型、道路通行能力模型

    PS:这一节内容的推导我觉得很简略,比赛时肯定要另查文献,所以我就干脆只放公式结论出来

    STA:交通流的主要参数及基本规律。流量 (q)、速度 (v)、密度 (k) 显然满足 (q=vk)。车速与密度之间的一个线性模型 (v=v_fleft( 1-k/k_j ight))(v_f) 是密度 (k=0) 时的车速;(k_j) 是速度 (v=0) 时的密度】,两个公式合并可以发现当 (k=k_j/2) 时流量最大,同理,当 (v=v_j/2) 时流量最大

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    STA2:汽车刹车距离模型。刹车距离与车速之间的模型 (d=c_1v+c_2v^2)(c_1、c_2) 皆为比例系数】

    STA3:道路通行能力模型。道路通行能力模型 (N=frac{1000}{c_1+c_2v+frac{d_0}{v}})(d_0) 是车身标准长度与两车间的安全距离之和】,而最大的道路通行能力模型 $$N_m=frac{1000}{c_1+2sqrt{c_2d_0}}$$

    五、估计出租车的总数

    BD:已知出租车的牌号是按顺序发放的,随意记下10辆出租车牌号,根据这些数据估计出租车总数

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    STA:模型建立的方法有五种,分别是:平均值模型、中位数模型、两端间隔对称模型、平均间隔模型、区间均分模型,然后各模型的公式一看就懂了,挺简单的 (懒得写了)

    STA2:相比较后发现各有各的好,但平均间隔模型是五个模型中最理想的模型

    六、评选举重总冠军

    BD:如何从同一个项目(举重)的 8 个冠军中选取一个总冠军 ?

    STA:先建立体重和举重成绩之间的数学模型,由此模型计算各个级别冠军的举重成绩理论值,再算出实际值和理论值的比值,并根据比值构建一个数量指标作为折合成绩,折合成绩最大的冠军即为总冠军

    七、解读 (CPI)

    BD:如题

    STA:(CPI) 包含的概念有:环比价格指数、同比价格指数、累计价格指数、年价格增长指数

    STA1:
    环比价格指数:以上月为基调进行对比的价格指数

    同比价格指数:以上年同月为基调进行对比的价格指数

    累计价格指数:从1月起到发布月份为止累计的、以上年同一期间价格为基期进行对比的指数

    年价格增长指数:每年12月的累计为1月至12月同比的平均值,以上年的平均值为基期进行对比的指数

    差分方程与代数方程模型

    一、贷款买房

    BD:构建贷款购房模型

    STA:概念一:单利和复利;概念二:整存整取和零存整取;概念三:等额本息贷款和等额本金贷款;概念四:其他

    STA2:单利和复利。单利即死期存款,中间不取出,直到最后一年取出;复利也称利滚利,中间可以取出,每年产生的利息算在下二年的本金中

    STA3:整存整取和零存整取。前者是往银行存一大笔钱,每年取出固定的资金;后者是每年往银行存入固定的钱,最后一年全部取出(下图分别是前者和后者)

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    STA4:等额本息贷款和等额本金贷款。两者都是先贷全款。但前者一开始每月要还的款比后者小,而随着月份的流逝,两者还款金额逐渐相同,接着,前者还的款比后者越来越大(如下图)

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    STA5:商业贷款和公积金属于不同的的贷款类别,区别在于年利率不同;按揭年数上至30年,下至1年

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